无孔板变频空气流量计量表在甲醛生产中的应用

摘 要： 智能仪表可精细整定各项参数的设定与修改，而且仪表内部无可调可动元件，可靠性和稳定性极高。智能仪表自带温度补偿和参数断电存储功能，单片计算机自动运算查表法修正，是取代传统数字表的新一代理想产品。

1 甲醛生产变频风机空气流量的取样与风机节能问题

国内甲醛生产企业很多采用孔板截取空气管道压差后，利用“U”型玻璃管压差计来观测或再通过压差变送器经电子积算仪表送显。由于送风管道装入孔板后，会造成1000~3000Pa的系统阻力，使风机能耗增加。两叶风机阻力功耗约为0.85kW/kPa，三叶风机阻力功耗为0.8kW/kPa。两叶风机的年阻力耗电为7000kWh/kPa，按电价0.70元/kWh计算，每年需多支出约5000元/kPa的电费。不少企业的工程技术人员，为了降低风道系统阻力，采取了二次扩径加工来降低孔板阻力。甚至有增粗测量段管道加装大口径孔板的方法，使压差降低至300Pa以下。但孔板投资少则几千元，组成变送单元和流量仪表要一万多元，每年因孔板取样损失掉的电费有的高达15000元。

我们采用变频调速器控制风机转速来达到调节空气流量的目的，既经济节能又操作方便。哈尔滨市正阳河粘合剂厂、哈尔滨巨业化工、绥化五源化工公司、河北省河间市鑫利化工厂、吉林市聚力工贸公司、黑龙江省朗乡林业局刨花板厂等单位的甲醛生产线上均安装了变频调速器，同时取消孔板压差测量方式，在氧控室就能远程操作。一年平均负荷70%时，可节电49%，3万吨甲醛装置年省电费约20万元。如果全国300套甲醛装置都改用变频调速器控制风机，每年至少可节约电费3000~5000万元，十年约5亿元。

在哈尔滨巨业化工3万吨甲醛系统中，前期应用了低压差孔板120~250Pa，经过智能数字流量计送显出带压力补偿、温度补偿后实际空气流量。通过3年来的运行监测表明其误差在0.3%，但投资较高，约12000元（若进口类似装置价格更高）。

黑龙江省朗乡林业局刨花板厂同样3万吨甲醛装置，采用本文所述变频频率法智能数字式空气流量计，流量信号来自变频器频率输出端子，取消了风机管线上的孔板，降低了系统阻力。一般甲醛生产所需空气量为600m3/h·t，误差在±12m3/h·t，若生产正常每小时甲醛产量在4t时，其误差带来的影响仅0.050t/h。仪表的应用误差在1.5%，投资约7000元。此法完全可以满足甲醛生产工艺配比操作的需要。

2 风机空气流量计算的重要性

在开车与正常生产过程中，能确切掌握风机实际送风量或调节到所需风量是每个甲醛车间技术人员zui关心的事。但事实上，许多甲醛厂只凭经验来操作，当发生孔板堵塞、挂泥等“U”型压差计不准时，往往与生产的甲醛产量对不上，严重时会造成工艺偏离，单耗增加。引管进醇也是常见现象，一般好处理。但处理孔板内部问题较为麻烦，若能发现这类问题更加困难。

本文从实践出发，引出无孔板空气流量计算方法，这是一种较新的风机流量计算理论。在大量研究两叶和三叶罗茨鼓风机特性曲线基础上，发现同一级别流量型号的风机，只要更换不同功率的电机或级数不同的电机，会产生不同转速、额定压力不同级别型号的风机。在风机制造厂里参观同厂家讨论中也证实了这一点。根据罗茨鼓风机风量公式简化后的变频风机风量计算表达式：

Qm=K×f1（1） [进口空气温度20℃时]

式中的K为整理后风机固有系数，f1为转速对应的频率。式（1）中可见，罗茨鼓风机风量与电机转速频率成线性关系。

但罗茨鼓风机在运转过程随出口压力的增大，风量会有一定程度的降低。风机出口压力在1000mmH2O与5000mmH2O时，有6%左右的风量偏差。高压风机在1000mmH2O与7000mmH2O出口压力时，达12%左右的风量差。由此可见罗茨风机的风量表达式必须加上压力和温度补偿后，才能较精确地计算出实际工况条件下空气流量值，满足精细整定工艺参数的需要。

采用智能流量计上的罗茨风机空气质量流量计算公式为：

式中：

K—智能流量积算仪整定修正后的流量显示比例系数

ρ20—20℃时的空气密度，取1.205kg/m3

T0—273.15℃

PA—工作点大气压力，在0.1013MPa左右

P0—标准大气压，0.10133MPa

T—实际空气温度

F—风机流量频率参数，取自变频器频率返馈输出信号

P—风机补偿压力参数，压力越大此值越小，同时与风机额定压力大小有关，还与流量计满量程计算精度有关，可在智能计算仪二级参数设定页中压力补偿的量程比例系数项得以修正。

3 无孔板空气质量流量计应用计算示例

一台三叶罗茨风机，电机功率75kW，额定压力78.4kPa，额定流量2400m3/h。采用WP系列智能流量积算仪，温度补偿用PT100热电阻，压力补偿采用0.1MPa远传电阻表。

远传电阻表输出反接，即压力升高，电阻变小。

WP系列智能流量积算仪二级参数设定中压力补偿的量程比例系数项修正系数为1.115。见下表：

罗茨风机不同出口压力下的频率法空气流量计算比照表

风机出口压力kPa

风叫出口流量m3/h

频率法空气流量示值

频率法计算误差

9.8

2676

2643m3/h

-1.23%*

19.6

2616

2613m3/h

-0.11%*

29.4

2556

2587m3/h

+1.21%*

39.2

2532

2560m3/h

+1.10%*

49.0

2496

2534m3/h

+1.52%*

58.8

2460

2508m3/h

+1.95%

68.6

2430

2483m3/h

+2.18%

78.4

2400

2456m3/h

+2.33%

注：上表内按进口空气温度2O℃条件下计算所得。

由表中可知，频率法空气流量的计算误差为<±2.5%，若孔板流量“U”型压差在30mmH2O处也有1mmH2O的波动，肉眼是不宜识别的，其误差有±3.3%。

甲醛生产风机的出口压力常工作在19.6~49kpa区域内（上表带“*”处），因此频率法空气流量计的积算显示误差为±1.5%，比观察“U”型压差更直观、方便，简单实用。

4 结论

如果将本方案中仪表的流量显示比例系数K略缩小一些，完全可以实现满量程误差<±1.5%。常用的涡式流量传感器、靶式流量传感器、差压变送器设计精度等级也仅有1.5级，加上静压误差和工作区域非线性误差，有的高达5.0级综合精度指标。智能仪表可精细整定各项参数的设定与修改，而且仪表内部无可调可动元件，可靠性和稳定性极高。智能仪表自带温度补偿和参数断电存储功能，单片计算机自动运算查表法修正，是取代传统数字表的新一代理想产品。